Due to the concerns over their environmental and health impacts, there have been attempts for shift towards biorational pesticides from synthetic pesticides. Among them, plant essential oils have emerged as promising active ingredients. Due to the complex interactions among their constituents, the bioactivities of essential oils can vary depending on the compositions, which often undermine their stability in efficacy. Here, we present a model-based optimization approach to develop reliable rosemary oil-based biorational pesticide, against two-spotted spider mites, Tetranychus urticae Koch. The ecotoxicity against Daphnia magna and foliar phytotoxicity against Phaseolus vulgaris were also evaluated. Our quadratic models accurately predicted miticidal activity, ecotoxicity, and phytotoxicity. We aimed to maximize, minimize, and minimize these parameters, respectively. We employed seven multi-objective evolutionary algorithms in Matlab. Among them, the nondominated sorting genetic algorithm II with adaptive rotation based simulated binary crossover (NSGA-II-ARSBX) performed best. We experimentally determined the thresholds for miticidal activity and phytotoxicity, based on the current approval process for agricultural pesticide products in Korea. After applying the thresholds, we validated the obtained viable solutions. Our study offers a novel framework to enhance the reliable and responsible use of essential oils as biorational pesticides.

본 연구에서는 과불화합물 PFOA와 PFOS potassium salt가 Mesocentrotus nudus의 10 min-수 정률과 48 h-정상유생발생률에 미치는 독성영향을 반수영향농도, 무영향농도, 최소영향농도 등 의 독성값 계산을 통해 확인하였다. PFOA와 PFOS potassium salt에 대한 10 min-수정률의 EC50 값은 각각 1346.43 mg/l와 536.18 mg/l로 나타났으며, 48 h-정상유생발생률의 EC50 값은 각각 42.67 mg/l와 17.81 mg/l로 나타났다. 최근 연구에 의하면, 환경 내의 PFOA와 PFOS의 농도는 지속적으로 감소하였으며, 성게류에게 급성독성을 나타낼 정도는 아닌 것으로 나타났다. 하지 만 생물체내에서는 여전히 높은 농도로 관측되고 있다. 결국, PFOA와 PFOS는 생물체의 생애 전주기에 걸쳐 체내 축적이 가능하기 때문에, 연안환경에 서식하는 해양생물을 이용한 생애 전주기적 만성독성 연구가 필요할 것이다.

해양생태독성시험의 국제표준시험종 중 생산자에 속하는 대표적인 Skeletonema sp.와 Dunaliella tertiolecta의 생태독성학적 차이점을 알아보기 위해 각 표준시험법(규격)을 비교하였고 환경에 대한 종 적합성과 다양한 시험물질에 대한 민감도를 비교 분석하였다. 그 결과, 시험법의 경우 대부분 동일하였으나 시험 유효성의 기준에서 pH 변화 제한과 초기접종밀도에서 차이가 나타났으며 이는 D. tertiolecta 의 낮은 성장률에 기인된 것으로 추정된다. 적합성에서는 두 종 모두 규격에서 요구하는 유효성의 기준을 연속 만족하여 시험수행의 일관성을 보였고 시험한계 염분범위는 Skeletonema sp.와 D. tertiolecta 각각 20 및 10 psu로 나타났다. 마지막으로 민감도의 경우, 시험규격에서 제시하는 참조물질, 실제 오염 배출수(선박평형수) 및 기타 다양한 화학물질에서 모두 Skeletonema sp.가 D. tertiolecta에 비해 독성 민감도가 상대적으로 높음을 확인하였으며 이는 해양생태독성시험 수행에 있어 생산자를 이용한 시험의 경우 최소 2종 이상의 다른 분류군의 미세 조류를 이용하는 것이 시험결과의 신뢰성과 객관성을 높일 수 있는 방법임을 시사한다.

Minute pirate bug, Orius minutus (L.), is a native predator of many small insects such as aphid, scale, thrips, and mites in Korea. Seven chemical pesticides with lower ecotoxicity being used to control those pests were evaluated for acute toxicity against adult female O. minutus in glass scintillation vial assay. In the 1st batch experiment with three pesticides, flonicamid and buprofezin were least toxic whereas in the 2nd batch experiment with four pesticides spirotetramat and spiromesifen showed least toxicity. The corrected mortality of buprofezin and flonicamid became 100% on 55 and 47 h of exposure in 1st batch and that of spirotetramat and spiromesifen became 100% on 75 and 71 h of exposure in 2nd batch, respectively. In conclusion, flonicamid, buprofezin, spirotetramat, and spiromesifen was least toxic among the seven pesticides tested against adult female of O. minutus.

This study evaluated the ecotoxicological properties of livestock waste water treated by a LID (Low Impact Development) system, using a mixture of bio-reeds and bio-ceramics as suitable bed media for a subsequent treatment process of a livestock wastewater treatment plant. The relationship between the pollutant reduction rate and the ecotoxicity was analyzed with the effluents from the inlet pilot plant, with vegetated swale and wetlands and the batch type of an infiltration trench. Each pilot plant consisted of a bio process using bio-reeds and bioceramics as bed media, as well as a general process using general reeds and a bed as a control group. The results indicated that, after applying the HRT 24 hour LID method, the ecotoxicity was considerably lowered and the batch type pilot plant was shown to be effective for toxicity reduction. The LID method is expected to be effective for water quality management, considering ecotoxicity by not only as a nonpoint source pollution abatement facility but also, as a subsequent treatment process linked with a livestock manure purification facility. It is necessary to take the LID technic optimization study further to apply it as a subsequent process for livestock wastewater treatment.

We developed a new ecotoxicological test method using native test species, eggs of Ephemera orientalis, and five kinds of industrial wastewater were tested to validate the test method. The water samples were collected in Jun 2006 from the following industries: pesticide, metal plating, PCB, leather1, and leather2. Wastewater and effluent were diluted by distilled water, respectively, to prepare various concentrations, 100, 50, 25, 12.5, 6.3, 3.1, and 0%. For the egg bioassay, 20 freshly laid eggs (<24 h old) were exposed to test solutions in a Petri dish (52×12 mm) at 20℃ with photoperiod of 16 h light and 8 h dark for 14 days. The median egg hatching concentrations (EHC50) were estimated using Probit analysis. All EHC50s of wastewater were less than 3.1%, which meant very high ecotoxicity except for the wastewater of PCB industry having 6.1% of EHC50. Among the effluents, the least toxic effluent was from pesticide industry having 58% of EHC50, while the effluent of leather2 was the most toxic having 7.3% of EHC50.

Silver nanomaterials have been intensively applied in consumer products of diverse industrial sectors because of their strong biocidal properties and reported to be hazardous to aquatic organisms once released in the environment. Nanomaterials including sliver, are known to be different in toxicity according to their physicochemical characteristics such as size, shape, length etc. However studies comparing toxicity among silver nanomaterials with different physicochemical characteristics are very limited. Here, toxicities of silver nanomaterials with different size (50, 100, 150 nm), length (10, 20 μm), shape (wire, sphere), and coating material (polyvinylpyrrolidone, citrate) using OECD test guidelines were evaluated in aquatic species (zebrafish, daphnia, algae) and compared. On a size property, the smaller of silver nanomaterials, the more toxic to tested organisms. Sphered type of silver nanomaterials was less toxic to organisms than wired type, and shorter nanowires were less toxic than longer ones. Meanwhile the toxic effects of materials coated on silver nanomaterials were slightly different in each tested species, but not statistically significant. To the best of our knowledge, it is first investigation to evaluate and compare ecotoxicity of silver nanomaterials having different physicochemical characteristics using same test species and test guidelines. This study can provide valuable information for human and environmental risk assessment of silver nanomaterials and guide material manufacturers to synthesize silver nanomaterials more safely to human and environment.

Euglena agilis의 운동성 반응을 자동으로 측정하는 장치 인 E. agilis 시스템 (E-Tox)을 이용하여 8종의 중금속 (Ag, Cd, Cr(VI), Cu, Hg, Ni, Pb, Zn)에 대한 독성시험을 실시하 였다. E. agilis 운동성 시험 (biomonitoring test)으로부터 도 출된 EC50과 문헌상의 자료 조사로 얻은 기존 생태독성 시 험 생물 종들(D. magna, V. fischeri, 그리고 E. gracilis)의 EC50을 비교하여 시험물질에 대한 E. agilis의 독성 민감도 를 평가하였다. 또한 축산폐수 방류수, 도금폐수 방류수, 도 금폐수 1차 처리 시료에 대해 D. magna 급성 독성시험과 E. agilis 운동성 반응 시험을 수행 후 TU를 비교하여 E. agilis 운동성 시험의 현장 적용 가능성을 평가하였다. E. agilis는 시험 중금속에 대해 D. magna보다 독성민감도가 전반적으 로 낮았으나 V. fischeri 또는 E. gracilis와 유사하거나 좀 더 민감하였다. E. agilis는 D. magna test로 유독성으로 판명된 도금폐수 1차 처리수에 대해 신속한 독성반응을 나타내었 다. E-Tox 시스템은 기존의 생태독성시험장비에 비해 빠르 고 작동이 간편한 자동화 기기라는 장점이 있다. 본 연구의 결과 E-Tox 시스템을 이용한 E. agilis 운동성 시험은 향후 독성폐수에 대한 조기경보를 위한 생태독성시험법으로 적용 될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 경기도 안산 도금폐수 처리시설에서 총 4 개 시료를 대상으로 국내 생태독성시험 표준 생물 종인 D. magna와 국내서식 종 E. agilis를 이용한 생태독성을 수행 하였다. 시료에 대한 독성원인물질 탐색은 D. magna 급성 독성시험법을 이용하여 1) 시료 내 개별 중금속 농도와 시 료의 독성영향과의 상관분석, 2) 원인물질탐색 실험 (단계적 pH, SS, 중금속, 산화제 Test), 3) 중금속 목적물질에 대한 독 성영향 농도와 시료 내 목적물질의 농도와의 비교 등을 통 해 평가하였다. 도금폐수 시료에 대한 E. agilis 시험법의 적 용 가능성 평가는 E. agilis 실시간 생태독성 모니터링장비 (E-Tox 시스템)를 이용하여 수행하였다. D. magna 시험 결 과, 시료의 독성원인물질군은 부유물질 (SS), 산화제 그리고 중금속으로 예측되었으며 개별 중금속 원인물질은 Cu, Hg, Ag로 판단되었다. E. agilis는 D. magna에 비해 독성 민감도 는 높지 않으나 D. magna에 독성영향을 나타내는 도금폐수 시료에 신속하고 민감하게 반응하였다. 본 연구의 결과 D. magna를 이용한 단계별 독성원인물질 탐색평가과정은 생 태독성기준을 초과하는 도금폐수 시료에 대한 독성 원인물 질을 파악하는데 효과적으로 나타났다. 또한 E-agilis 시험은 향후 도금폐수의 수질을 실시간으로 모니터링 하는데 적용 가능 할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 새로운 국내 생태독성평가 시험 생물종으로서 유글레나의 적용가능성을 평가하기 위하여 국내 서식종인 E. agilis를 이용하여 5종의 휘발성 유기용 매(Acetone, Dimethyl sulfoxide (DMSO), Ethanol, Methanol)에 의한 독성영향을 평가하였다. E. agilis의 식물적 특성을 이용한 급성독성영향 평가 결과, D. magna에 비해 DMSO에 대한 독성민감도가 상대적으로 낮았으나 전반적으로 비교생물 종과 유사하거나 민감하였다. E. agilis의 동물적 특성을 이용한 세포반응 시험 결과, Chloroform의 경우 반수영향을 야기하는 시험물질농도(96시간 EC50)에 상당히 신속하고 민감한 독성반응을 나타내었다. 환경시료에 대한 모니터링 목적으로 다양한 생물 종을 이용한 생물검정 기법 적용이 증가하고 있는 추세이다. 수 생태 환경관리를 목적으로 새로운 생태독성시험 개발에 적용할 생물 종은 국내 수질환경에 적합하고 배양이 용이하며 다양한 유해화학물질에 대한 독성이 민감해야 한다. 또한 반응시간이 짧아 실시간으로 모니터링이 가능할 뿐만 아니라 경제성도 고려되어야한다. 본 연구의 결과 E. agilis는 배양이 용이하고 다루기 쉬우며 생장율(growth rate), 이동속도(velocity), 활동도(motility), 세포형태(com-pactness) 등 식물적 특성과 더불어 동물적 특성과 연계된 인자들을 종말점으로 독성시험을 수행할 수 있다. 따라서 E. agilis는 다양한 유해화학 물질 및 환경시료에 대하여 신속하고 민감한 독성반응 도출이 가능할 것으로 예상되며 향후 국내 수질관리를 위한 새로운 생태독성 영향평가 생물 종으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.